DE2352739C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentbegrenzer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das theoretische Antriebsdrehmoment der Kolbenpumpe ist das Produkt aus Pumpenverdrängung und Druck­ differenz zwischen Auslaß- und Einlaßanschluß. Auf dieser Tatsache beruhen bekannte Drehmomentbe­ grenzer. Bei einem bekannten Drehmomentbegrenzer ist ein Kolben von dem Pumpenausgangsdruck beauf­ schlagt. Der Kolben betätigt ein Steuerventil, das wiederum einen Stellmotor zur Veränderung der Pumpenverdrängung steuert. Der Kolben ist durch eine dem Pumpenausgangsdruck entgegenwirkende Feder belastet. Die Spannung dieser Feder ist durch eine von dem Stellmotor mitverstellten Nocken so verän­ derbar, daß die Federbelastung jeweils umgekehrt proportional der Pumpenverdrängung ist. Drehmoment­ begrenzer dieser Art sind im Aufbau kompliziert und kostspielig in der Herstellung. Sie können nur auf speziellen, mit Dynamometer zur Drehmomentmessung ausgerüsteten Prüfständen korrekt eingestellt werden. Sie können nicht einfach proportional an die jeweils auftretenden, veränderlichen Drehmomente angepaßt werden, wie sie von Verbrennungsmotoren geliefert werden, die über einen bestimmten Bereich von Drosselklappenöffnungen betrieben werden.

Ein Drehmomentbegrenzer, der dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entspricht ist bekannt durch die DE-OS 19 59 409. Dort ist ein hydraulisches Getriebe mit einer von einer Kraftmaschine angetriebenen, regel­ baren Axialkolbenpumpe und einem von dieser Axial­ kolbenpumpe gespeisten Hydraulikmotor beschrieben, bei welcher die Axialkolbenpumpe im Sinne einer Regelung des Antriebsdrehmoments regelbar ist. Zu diesem Zweck wird in einem Hilfskreis durch eine mit der Axialkolbenpumpe und der Antriebskraft­ maschine umlaufenden Hilfspumpe ein der Drehzahl proportionaler Druckmittelstrom auf eine einstell­ bare Drossel gegeben, so daß an dieser ein dreh­ zahlproportionaler Druck abfällt. Die Drossel ist durch einen Stellkolben verstellbar, an welchem der Ausgangsdruck der Axialkolbenmaschine der Kraft einer Druckfeder entgegenwirkt. Der an der Drossel abfallende Druck steuert eine Stellvorrichtung für die Axialkolbenpumpe, durch welche die Verdrängung der Axialkolbenpumpe, nach dem maximalen Drehmoment veränderbar ist. Auch diese Anordnung ist kompliziert und inflexibel.

Eine weitere Anordnung ähnlich der nach DE-OS 19 59 409 ist bekannt durch die DE-OS 20 42 830.

Eine weitere mit Vorrang wirksame Stellvorrichtung verringert die Pumpenver­ drängung, wenn das Antriebsdrehmoment einen vorge­ gebenen Wert überschreitet. Dadurch wird eine Über­ lastung des die Kolbenpumpe antreibenden Verbren­ nungs- oder Elektromotors verhindert.

Durch die DE-OS 15 28 534 ist ein Flüssigkeitsmotor bekannt, der als Axialkolbenmotor mit einer Zylin­ dertrommel und einer Schrägscheibe ausgebildet ist, an der sich die in Zylindern der Zylindertrommel geführten Kolben abstützen. Die Zylindertrommel liegt mit ihrer der Schrägscheibe abgewandten Stirnseite an einem gehäusefesten Steuerspiegel an. Der Steuerspiegel enthält eine erste Anschlußöff­ nung auf der einen und eine zweite Anschlußöffnung auf der anderen Seite einer Längsmittelebene. Die Ebene der Schrägscheibe ist um eine zu dieser Längsmittelebene senkrechte Achse zur Umlaufachse geneigt, so daß die Kolben auf die Schrägscheibe, deren Neigung nicht verstellbar ist, jeweils im Bereich der einen Anschlußöffnung "berg­ auf" und im Bereich der anderen Anschlußöffnung "bergab" laufen.

Bei diesem bekannten Flüssigkeitsmotor ist die Zylindertrommel über eine Lagerung mit zwei gegen­ überliegenden, hydrostatisch entlasteten Gleitla­ gern in einem Gehäuse gelagert. Die Gleitlager sind dabei zu einer zu der vorerwähnten Längsmittelebene senkrechten zweiten Längsmittelebene zentriert. Sie sind zur Gewinnung eines Meßwertes für das An­ triebsdrehmoment weder bestimmt noch geeignet.

Der Erfindung liegt im Vergleich zum Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Drehmoment­ begrenzer der genannten Art zu schaffen, mit dem das Drehmoment durch einen der Belastung der Pumpe proportionalen Druck gesteuert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patenanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Lagerbelastung der Lagerung für den Rotor in der zwischen den Anschlußöffnungen verlaufenden Längs­ mittelebene proportional dem Produkt aus Pumpenver­ drängung und Betriebsdruck ist und damit ein Maß für das theoretische Antriebsmoment darstellt. Durch ein hydrostatisch entlastetes Drucklager wird diese Lagerbelastung in einen dazu proportionalen hydrostatischen Druck umgesetzt. In Abhängigkeit von diesem Druck wird die Schrägscheibe im Sinne einer Verminderung der Verdrängung verstellt, wenn der Druck und damit das Antriebsmoment einen vorge­ gebenen Wert überschreitet.

Der erwähnte Zusammenhang zwischen Lagerbelastung und Antriebsdrehmoment ergibt sich aus folgenden Überlegungen: Der Druck in den jeweils mit dem Auslaßanschluß verbundenen Zylindern erzeugt auf die Kolben eine axiale Kraft, die also im Fall achsparalleler Zylinder parallel zur Umlaufachse der Zylindertrommel wirkt. Diese axiale Kraft wird durch die geneigt zur Umlaufachse angeordnete Schrägscheibe nur zum Teil aufgenommen, da die Kolben an der Schrägscheibe über Gleitschuhe abge­ stützt sind. Die Kolben rutschen an der geneigten Schrägscheibe ab und werden seitlich durch die Zylinderwandungen und über die Zylindertrommel im Gehäuse gehalten. Es erfolgt daher eine Kraftzer­ legung in eine zur Ebene der Schrägscheibe senk­ rechte Kraftkomponente, die von der Schrägscheibe aufgenommen wird, und eine in bezug auf die Umlauf­ achse radiale Kraftkomponente, die über die Lage­ rung der Zylindertrommel vom Gehäuse aufgenommen wird. Diese letztere Kraft ist p · F · tg α, wenn p der Ausgangsdruck der Kolbenpumpe, F die wirksame Kolbenfläche und α der Neigungswinkel der Schräg­ scheibe ist. Die Verdrängung der Kolbenpumpe ist aber proportional zu F · tg α, so daß die Lagerbe­ lastung tatsächlich ein Maß für das Produkt von Druck und Verdrängung und damit für das theore­ tische Antriebsdrehmoment darstellt. Diese Lagerbe­ lastung kann daher als Meßgröße benutzt werden, um das Antriebsdrehmoment zu begrenzen.

Diese Lagerbelastung wird durch ein hydrostatisch entlastetes Gleitlager in einen Flüssigkeitsdruck umgesetzt. Ein solches hydrostatisch entlastetes Gleitlager weist in der Lagerfläche eine ein Druck­ feld bildende Vertiefung auf. Auf dieses Druckfeld wird Hochdruckflüssigkeit über eine Drossel gege­ ben. Der Flüssigkeitsdruck hebt dann den zu lagern­ den Körper, in diesem Fall die Zylindertrommel, etwas von der Lagerfläche ab, so daß zwischen der den Rand des Druckfeldes bildenden Lagerfläche und der Zylindertrommel ein Spalt gebildet wird, über den Druckflüssigkeit abströmt. Die Drossel und der Spalt bilden einen "Druckteiler". Der Druck in dem Druckfeld und der Spalt stellen sich in einem Gleichgewichtszustand so ein, daß der auf die Fläche des Druckfeldes wirkende Flüssigkeitsdruck der Lagerbelastung gerade die Waage hält. Wenn der Druck (mal Fläche) größer wird als die Lagerbe­ lastung, dann vergrößert sich der Spalt, was den Druck wieder auf den Gleichgewichtswert zurück­ führt. Wird die Lagerbelastung größer als der Flüssigkeitsdruck, dann wird der Spalt verringert und der Flüssigkeitsdruck steigt auf der Lager­ belastung entsprechenden Wert an.

Der so der Lagerbelastung und damit dem Antriebs­ drehmoment proportionale Druck kann (ähnlich wie der Ausgangsdruck für die Druckbegrenzung) auf eine druckempfindliche Einrichtung gegeben werden, die eine Verstellung der Schrägscheibe bewirkt.

Die beschriebene Anordnung funktioniert unabhängig davon, ob die Drehzahl des Antriebsmotors bei dem Anstieg des Antriebsdrehmoments absinkt oder nicht, und benutzt nicht etwa ein solches Absinken der Drehzahl als Kriterium für einen Anstieg des An­ triebsdrehmoments. Sie funktioniert auch bei An­ trieb der Kolbenpumpe mit einem Synchronmotor.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nach­ stehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben:

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Axial­ kolbenpumpe.

Fig. 2 zeigt eine Endansicht des stillstehen­ den Steuerspielgels der in Fig. 1 darge­ stellten Axialkolbenpumpe.

Fig. 3 ist eine diagrammatische Darstellung einer Pumpensteuerung.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Steuerventils.

Fig. 5 stellt graphisch den Arbeitsbereich eines von der Drehzahl der Antriebs­ kraftmaschine verstellbaren Drehmoment­ begrenzers dar.

Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit zur Verwirk­ lichung der in der Fig. 5 dargestellten Steuercharakteristik.

Fig. 7, 8 und 9 zeigen Schnitte längs der Linien 7-7, 8-8 bzw. 9-9 von Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 enthält die Zylindertrommel 1 der Axialkolbenpumpe neun axiale Zylinder mit Kolben 2, die über je ein Kugelgelenk 3 und Gleitschuhe mit eben ausgebildete Gleitlagerflächen an einer im Winkel einstellbaren Schrägscheibe 4 anliegen und mit einer Gleitschuhhalterungsplatte 5 in Kontakt mit der Schrägscheibe 4 gehalten werden.

Die Zylindertrommel liegt an einem Steuerspiegel 6 unter dem Einfluß einer Anzahl von Federn 7 an, die über eine Antriebswelle 8 auf einem Drucklager 9 abgestützt sind.

Die Schrägscheibe 4 befindet sich auf einem teil­ weise zylindrisch ausgebildeten Körper 10, der in einem Abschlußteil 11 des Gehäuses gelagert ist. Der Winkel der Schrägscheibe ist durch einen Stell­ motor 12 mit einem Kolben mittels einer Zahnstange 13 einstellbar, die sich im Eingriff mit der Zäh­ nung an dem teilweise zylindrischen Körper 10 befindet. Durch eine Verstellung des Stellmotors 12 kann der zylindrische Körper 10 in jeder Richtung bis zu einem Winkel von etwa 20° verdreht werden, wodurch sich der Hub der Kolben und die Durchfluß­ richtung durch die Anschlußöffnungen ändert.

Für den Fall, daß sich der Körper 10 in der darge­ stellten Lage befindet und die Axialkolbenpumpe im Uhrzeigersinn in Blickrichtung vom Ende der An­ triebswelle 8 angetrieben wird, erfolgt der Aus­ tritt aus einer Anschlußöffnung A in Fig. 2, die entsprechend als Auslaßöffnung bei Vorwärtslauf bezeichnet wird. Wenn der Körper 10 in der ent­ gegengesetzten Richtung geneigt ist, erfolgt der Austritt durch die Anschlußöffnung B, die ent­ sprechend als Auslaßöffnung bei Rückwärtslauf bezeichnet wird.

Die Antriebswelle 8 ist in hohem Grade anpassungs­ fähig ausgebildet, so daß die Zylindertrommel 1 in ihrer Ausrichtung gegenüber dem ebenen Steuer­ spiegel 6 frei ist und durch vier sphärisch ausge­ bildeten Gleitlager seitlich gehalten wird. Die Lagerbelastung der Zylindertrommel liegt auf einem Gleitlagerkörper 14, wenn die Schrägscheibe 4 in der dargestellten Richtung geneigt ist. Wenn die Schrägscheibe in der entgegengesetzten Richtung geneigt ist, würde die Lagerbelastung an einem Gleitlagerkörper 15 anliegen. An der Zylinder­ trommel treten theoretisch keine Kräfte seitwärts in Fig. 2 auf, so daß ein in dem aufgeschnittenen Teil der Fig. 2 gezeigter Gleitlagerkörper 16, lediglich zu Haltungszwecken dient.

Die Gleitlagerkörper 14 und 15 sind gegen die Lagerbelastungen hydrostatisch druckentlastet. Sie können z. B. über die mit C und D bezeichneten Ver­ bindungspunkte über Düsenöffnungen mit der Hoch­ druckseite verbunden sein. Der abgeschlossene Bereich der Lagerflächen der Gleitkörper ist hinreichend groß um die Lagerbelastung bei der maximalen Pumpenverdrängung aufzunehmen. Der hierzu erforderliche hydrostatische Druck in dem Druckfeld des Gleitlagerkörpers 14 und 15 wird zunehmend geringer als der Ausgangsdruck der Axialkolbenpumpe wenn die Pumpenverdrängung verringert wird. Unter diesen Bedingungen arbeitet der Gleitlagerkörper mit einem geringen Spalt an seiner Lagerfläche, wobei die so entstehende Undichtigkeit einen geeig­ neten Druckabfall an der Drosselstelle erzeugt.

Das Innere des Pumpengehäuses wird auf dem gleichen Druck gehalten, der auch an der niederdruckseitigen Anschlußöffnung herrscht, so daß die Lagerbelastung dem Produkt aus der Differenz der Drücke an den Anschlußöffnungen und dem Tangens des Winkels der Schrägscheibe proportional ist. Das theoretische Antriebsdrehmoment der Axialkolbenpumpe ist eben­ falls dem Produkt aus diesen beiden Veränderlichen proportional, so daß der hydrostatische Druck an dem Gleitlagerkörper dem theoretischen Antriebs­ drehmoment proportional ist. Dieser hydrostatische Druck an dem belasteten Gleitlagerkörper wird als Signal für den Drehmomentbegrenzer verwendet.

Die beiden Enden des Stellzylinders des Stellmotors 12 sind mit den mit E und F bezeichneten Anschluß­ punkten dargestellt, und die verschiedenen, mit den Buchstaben A, B, C, D, E und F in Fig. 1 und 2 bezeich­ neten Anschlußpunkte sind in dem Diagramm der Steuerung nach Fig. 3 in gleicher Weise bezeichnet.

Nach Fig. 3 ist eine Füllpumpe 17 eingangsseitig mit einem Behälter 18 verbunden. Ihr Ausgangsdruck wird durch die Einstellung eines Druckbegrenzerventils 19 begrenzt. Die Füllpumpe 17 fördert direkt in das Innere des Gehäuses der Axialkolbenpumpe, von wo aus die Flüssigkeit durch eines von zwei Rück­ schlagventilen 20 oder 21 dem jeweiligen Einlaßan­ schluß zugeführt wird. Bei einer Drehung im Uhr­ zeigersinn und vorwärts gerichteter Förderung herrscht an der Anschlußöffnung A Hochdruck, und die Anschlußöffnung B wird von der Füllpumpe her über das Rückschlagventil 20 mit Flüssigkeit unter Niederdruck beaufschlagt.

Von den Anschlußöffnungen A und B ausgehende Leitungen enthalten Rückschlagventile 22 und 23, die stromabwärts miteinander verbunden sind und den jeweils höheren Druck über Drosseln 24 und 25 auf die hydrostatisch entlasteten Gleitlagerkörper 14 bzw. 15 über die Anschlußpunkte C und D geben, wie bereits im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben wurde.

Der jeweils höhere Druck wird von den Rückschlag­ ventilen 22 und 23 der Mittelbohrung eines von Hand betätigten Umschaltsventils 26 zugeführt, das weiterhin eine enge Bohrung enthält, sowie an einem Ende eine mittlere Durchbohrung, die in Verbindung mit dem Behälter 18 steht.

Zwei Ringkammern 28 und 29 im Gehäuse 27 des von Hand betätigten Umschaltventils 26 stehen über ein Steuerventil 30 und die Anschlußpunkte E bzw. F mit den Zylinderkammern der hydraulischen Stellvorrich­ tung 12 der Axialkolbenpumpe in Verbindung. Das von Hand betätigte Umschaltventil 26 ist in einer Stel­ lung dargestellt, in der dem Anschlußpunkt E des Stellmotors 12 der höhere Druck zugeführt wird, während der Anschlußpunkt F über die Ringkammer 29 mit dem Behälter in Verbindung steht. Dadurch wird bewirkt, daß sich der Stellkolben in die in Fig. 1 gezeigte Stellung maximaler Pumpenverdrängung be­ wegt. Eine nach außen gerichtete Bewegung des Umschaltventils 26 bewirkt eine Umkehrung der Drücke an den Anschlußpunkten E und F, so daß sich der Stellkolben des Stellmotors 12 in die andere Extremstellung bewegt.

Das Steuerventil 30 enthält einen Steuerschieber 31 mit einem vergrößerten Kolben 32 an einem Ende, der innerhalb eines Zylinders 33 gleitbeweglich ist und von einer Feder 34 belastet ist. Die Feder 34 sucht den Kolben 32 in eine Stellung zu bewegen, die der gezeigten Stellung entgegengesetzt ist. Die Feder­ kammer und das davon entfernte Ende des Steuer­ schiebers 31 stehen mit dem Behälter 18 in Verbind­ dung. Der Ausgang der Füllpumpe 17 ist über eine Drossel 35 mit dem Zylinder 33 verbunden, so daß der Steuerschieber 31 gegen die Wirkung der Feder 34 in die gezeigte Stellung verschoben wird. In dieser Stellung beeinflußt er die Betätigung des Stellmotors 12 entsprechend der Verstellung des von Hand betätigten Umschaltventils 27 nicht.

Ringkammern 36 und 37 des Steuerventils 30 sind mit den Anschlußöffnungen A bzw. B der Axialkolbenpumpe verbunden. Bei Entlastung des Zylinders 33 bewegt sich der Steuerschieber 31 in die zu der gezeigten entgegengesetzte Lage und trennt die mit dem Um­ schaltventil 27 verbundenden Ringkammern von diesem ab und stellt dafür eine Verbindung zwischen den Anschlußöffnungen A und B zu den Anschlußpunkten F bzw. E des Zylinders des Stellmotors her.

Die Anschlußöffnung A ist der Hochdruckanschluß für den Vorwärtstrieb, wenn die Axialkolbenpumpe Teil eines hydraulischen Getriebes ist. Daher bewirkt eine Verstellung des Steuerschiebers 31, daß der Kolben des Stellmotors 12 die Pumpenverdrängung bei Vorwärtsantrieb verringert. Es kann dadurch aber nicht eine über die Pumpenverdrängung null hinaus­ gehende Bewegung bewirkt werden, weil dann die Anschlußöffnung B zum Hochdruckanschluß werden würde. In entsprechender Weise wirkt die beschrie­ bene Anordnung, wenn das von Hand betätigte Um­ schaltventil 27 umgekehrt eingestellt ist.

Bei Übersteuerung arbeitet die Axialkolbenpumpe als Motor und bei Vorwärtseinstellung des Umschalt­ ventils 27 wird die Anschlußöffnung B zum Hoch­ druckanschluß. Eine Verstellung des Steuerschiebers 31 bewirkt dann, daß der Stellkolben die Pumpenver­ drängung vergrößert, wie es bei Übersteuerungsbe­ dingungen erwünscht ist.

Bei einer Drehung der Axialkolbenpumpe entgegen dem Uhrzeigersinn ist es lediglich erforderlich, die Verbindungen der Anschlußöffnungen A und B mit den Ringkammern 36 und 37 zu vertauschen.

Bei den meisten Anwendungen von Axialkolbenpumpen mit veränderlicher Verdrängung ist es notwendig, eine Abschaltvorrichtung zum Abschalten der Axial­ kolbenpumpe bei einem vorbestimmten Maximaldruck im Bereich außerhalb der Endpunkte der Kolbenbewegung vorzusehen, um eine Überlastung der Axialkolben­ pumpe zu vermeiden, sowie zum Abschalten bei einem vorbestimmten maximalen Antriebsdrehmoment der Axialkolbenpumpe, um eine Überlastung der Antriebs­ kraftmaschine der Axialkolbenpumpe zu verhindern.

Ein Schaltventil 38 enthält zwei kleine Kolben 39 und 40, die sich an Ventilschließgliedern 41 und 42 abstützen. Die Ventilschließglieder 41, 42 sind durch einstellbare Federn 43 und 44 unter Druck in ihrem Sitz gehalten und schließen Bohrungen ab, die mit dem Zylinder 33 des Steuerventils in Verbindung stehen. Die Auslaßkammern des Schaltventils sind mit dem Behälter verbunden.

Eine Zuleitung überträgt den jeweils höheren Druck von der Anschlußöffnung A oder B auf das Ende des Kolbens 39, so daß bei zu hohem Druck der Ventil­ schließkörper 41 abhebt und den Auslaß des Zylin­ ders 33 öffnet, wodurch die Axialkolbenpumpe sich auf eine Stellung einstellt, in welcher sich ein begrenzter Ausgangsdruck ergibt.

Die Drücke an den Gleitlagerkörpern 14 und 15 werden durch die Rückschlagventile 45 und 46 auf das Ende des Kolbens 40 geleitet, so daß dieser auf den hydrostatischen Druck an dem Gleitlagerkörper anspricht, der das jeweils belastete Lager ab­ stützt. Die Kraft an dem Kolben 40 entspricht daher dem Antriebsdrehmoment der Axialkolbenpumpe. Falls dieser Druck zu hoch wird, öffnet das Schaltventil 38 durch Abheben des Ventilschließglieds und gibt ebenfalls den Auslaß des Zylinders 33 des Steuer­ ventils frei. Auf diese Weise wird nicht nur der Ausgangsdruck sondern auch das Antriebsdrehmoment der Axialkolbenpumpe durch Veränderung der Pumpen­ verdrängung begrenzt.

Von dem Hochdruck an den Auslaßöffnungen betriebene Steuerungen neigen zu Instabilitäten, besonders bei hohen Verstärkungen, d. h. geringer Pumpenverdrän­ gung. Aus diesem Grunde ist eine Stabilisierungs­ vorrichtung vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Veränderung der Pumpenverdrän­ gung arbeitet. Ein typisches Ausführungsbeispiel einer solchen Stabilisierungsvorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt.

Ein Kolben 47 ist mit einer Nockenrolle 48 ver­ sehen, die an einem Nocken 49 an dem Kolben der Stellvorrichtung anliegt. Vorzugsweise ist der Nocken so geformt, daß die Bewegungen des Kolbens 47 relativ zur Stellvorrichtung 12 nach einer inversen Funktion der Pumpenverdrängung erfolgt. Das äußere Ende des Zylinders für den Kolben 47 ist durch eine Mittelbohrung mit der Innenseite des Pumpengehäuses verbunden und steht daher unter dem von der Füllpumpe erzeugten Druck, der die Mit­ nehmerrolle in Anlage an dem Nocken 49 hält. Die ringförmige Zylinderkammer auf der Seite der Nockenrolle steht in Verbindung mit einer Feder­ kammer des Schaltventils 38, die durch Kolben 52 und 53 abgeschlossen ist. Die Ventilschließglieder 41, 42 liegen an den Kolben 52 bzw. 53 an, und die Kolben 52 und 53 sind von den Federn 43 bzw. 44 belastet und übertragen die Federkraft auf die Ventilschließglieder 41 bzw. 42. Die ringförmige Zylinderkammer ist über eine Drossel 51 mit dem Behälter verbunden. Die Druckdifferenz an der Drossel 51, die durch die Bewegungen des Kolbens 47 und die dadurch verdrängte bzw. angesaugte Flüssig­ keit entsteht, wirkt auf die Kolben 52 und 53 in der Weise ein, daß dadurch die Belastung der Ven­ tilschließkörper 41 und 42 verändert wird.

Wenn einer der Ventilschließkörper 41 oder 42 abhebt und das Ventil öffnet und dadurch den Pumpendruck oder das Antriebsdrehmoment der Axialkolbenpumpe begrenzt, wird durch die Druck­ differenz an der Drossel 51 eine Zusatzkraft im Sinne eines Schließens des Ventils erzeugt. Bei einer Verringerung des Drucks an den Kolben 39 und 49, die ein Schließen des zugeordneten Ventils erlaubt, entsteht eine Druckdifferenz an der Drossel 51, die eine Kraft im Sinne eines Öffnens des Ventils an dem zugehörigen Kolben hervorruft. Auf diese Weise bildet diese Vorrichtung ein Vor­ haltglied zur Stabilisierung der Regelung in Ab­ hängigkeit von der Geschwindigkeit der Änderung der Pumpenverdrängung.

Bei vielen Anwendungen von Pumpen mit veränder­ licher Verdrängung ist es erwünscht, die maximale Pumpenverdrängung mittels einer Handsteuerung zu verändern und mit Vorrang arbeitende, den Maximal­ druck und das Maximaldrehmoment begrenzende Vor­ richtungen vorzusehen. Fig. 4 zeigt ein Ventil, das die Ventile 27 und 30 in Fig. 3 ersetzen kann und eine Handsteuerung für die Verdrängung gestattet.

Ein von Hand betätigter Steuerhebel 54 verdreht eine mit Öffnungen versehene Hülse 55 in einem Gehäuse 56. Ein drehbarer Ventilschieber 57 innerhalb der mit Öffnungen versehenen Hülse 55 besitzt ein Zahnsegment 58. Das Zahnsegment 58 wird durch ein Zahnrad 59 angetrieben, das an dem Körper 10 in Fig. 1 angebracht ist, oder durch die Zahn­ stange an dem Kolben des Stellmotors 12. In jedem Falle steht eine das Zahnsegment 58 und das Zahnrad 59 enthaltene Zahnradkammer mit dem Inneren des Pumpengehäuses in Verbindung und steht unter dem Druck der Füllpumpe 17. Dieser Druck wirkt auf einen ringförmigen Bereich des Ventilschiebers 57. Die Zahnradkammer ist über eine Drossel 61 mit einem Zylinder 60 vor der Stirnfläche des Ventil­ schiebers 57 verbunden. Ein am Ende des Ventil­ schiebers 57 sitzender Kolben im Zylinder 60 befindet sich normalerweise unter dem Einfluß der auf die unterschiedlichen Flächen einwirkenden Drücke in der gezeigten Lage. Der drehbare Ventil­ schieber 57 bewegt sind jedoch nach links in der Zeichnung, wenn der Zylinder 60 entlastet wird. Dieser entspricht dem Zylinder 33 in Fig. 3. Die Entlastungsventile könen denen des Schaltventils 38 in Fig. 3 ähnlich sein, und die Verbindung K entspricht der gleichen Verbindung in dem Diagramm der Fig. 3.

Drehbare Wegeventile dieser Art sind bekannt. Wie in der Zeichnung dargestellt, besitzen sie üb­ licherweise Kanäle für jeden der verschiedenen Drücke mit Durchtrittsöffnungen durch die Hülse, die in dimetral gegenüberliegenden Paaren angeord­ net sind, um seitlich gerichtete Belastungen der Ventile zu vermeiden.

Die mit A und B bezeichneten Durchtrittsöffnungen stehen mit den in ähnlicher Weise bezeichneten Anschlußpunkten in Verbindung. Die mit E und F bezeichneten Öffnungen sind in entsprechender Weise mit Enden des Zylinders des Stellmotors verbunden. Die mit G bezeichnete Öffnung ist mit dem jeweils höheren Druck verbunden, der in ähnlicher Weise in Fig. 3 gekennzeichnet ist. Die mit H bezeichnete Öffnung ist mit dem Behälter verbunden, der ständig mit dem rechten Ende des Zylinders, der das Ventil 57 enthält, in Verbindung steht, sowie durch eine Mittelbohrung mit einer Ringkammer, die einen Durchmesser besitzt, der gleich dem Außendurch­ messer in der Hülse 55 ist.

In der gezeigten normalen Betriebsstellung wird durch eine Verdrehung der Ventilhülse eine Verbin­ dung zwischen den Durchtrittsöffnungen E und F des Stellmotors und dem Anschluß G für den jeweils höheren Druck oder dem mit dem Behälter verbundenen Anschluß H hergestellt. Die dadurch bewirkte Ver­ stellung des Kolbens des Stellmotors 12 schließt die Durchtrittsöffnungen G und H, so daß das Ventil normlerweise als Stellungsnachführung arbeitet. Unter diesen Bedingungen sind die Durchtrittsöff­ nungen A und B geschlossen.

Wenn einer der Ventilschließkörper 41 oder 42 in Fig. 3 abhebt, so entlastet er den Zylinder 60 und bewirkt, daß der Ventilschieber 57 in axialer Richtung nach links gleitet. Dadurch werden die Öffnungen H und G von ihrer Verbindung mit den Ringkammern getrennt und die Anschlußöffnung A und B freigegeben. Die Anschlußöffnung A steht dann mit einem Stellzylinder des Stellmotors 12 über den Anschluß F in Verbindung, und die Anschlußöffnung B steht mit dem anderen Stellzylinder über den An­ schluß E in Verbindung. Dieses Ventil arbeitet daher in ähnlicher Weise wie das im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebene Steuerventil 30.

Die Feder, die den Ventilschließkörper 42 zur Drehmomentbegrenzung belastet, ist in der Darstellung mit einer Einstellschraube versehen.

Selbstverständlich kann diese Schraube durch einen Stößel ersetzt werden, der mittels einer mit der Steuerung der Antriebskraftmaschine verbundenen Nockenwelle betätigt wird, so daß das Antriebs­ drehmoment der Axialkolbenpumpe eine Funktion der Einstellung der Steuerung der Antriebskraftmaschine wird.

Eine bevorzugte Methode zur Steuerung des Antriebs­ drehmoments der Axialkolbenpumpe als Funktion der Einstellung der Leistungssteuerung der Antriebs­ kraftmaschine besteht darin, dafür zu sorgen, daß das steuernde Drehmoment nach einer steuerbaren Funktion der Drehzahl der Antriebskraftmaschine zunimmt bis die Drehmoment-Sollwert-Linie die Linie des von der Antriebskraftmaschine her verfügbaren Moments schneidet. Dies ist beispielhaft durch die Kurven in Fig. 5 dargestellt. Dort ist in Prozenten auf der Abszisse die maximale Drehzahl und auf der Ordinate das maximale Drehmoment eingetragen. Die Kurven a ₁ bis a ₆ stellen das Drehmoment am Ausgang der Antriebs­ kraftmaschine bei einer bestimmten Drosselklappen­ öffnung oder einer bestimmten Förderleistung der Brennstoffpumpe bei Dieselmotoren dar. Die Kurve b stellt die Linie eines gesteuerten Drehmoments dar, das mit dem Quadrat der Motordrehzahl zu­ nimmt, wobei zusätzlich eine negative Konstante vorhanden ist, so daß für Motordrehzahlen unter 15% der Maximaldrehzahl die Drehmo­ mentbelastung den Wert 0% hat und auf 100% bei 40% der maximalen Motordrehzahl ansteigt. Die tatsächlichen Arbeitsbedingungen der gesteuerten Maschine liegen in den Schnittpunkten der a- und der b-Kurven vor.

Die Kurve b ₁ stellt für die Drehmomentensteuerung eine Minimaleinstellung und die Kurve b ₂ eine Maximaleinstellung bei verschiedenen Leistungsan­ forderungen an die Antriebskraftmaschine dar, wobei jede andere Kurve zwischen diesen Grenzen verlaufen kann.

Eine Möglichkeit zur Erreichung dieser Steuercha­ rakteristik ist in Fig. 6 dargestellt, die einen Drehmomentbegrenzer, die Füllpumpe 17, den Behälter 18 und den Druckbegrenzer 19 zeigt.

Die mit Buchstaben gekennzeichneten Verbindungs­ punkte zu dem Drehmomentbegrenzer sind J, an dem der auf das Drehmoment ansprechende hydrostatische Druck der Gleitlager anliegt, K, an dem der Steuer­ druck des Steuerventils 30 in Fig. 3 oder der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung herrscht, und L, an dem der Stabilisierungsdruck vom Zylinder 50 in Fig. 3 auftritt.

Eine verstellbare Drossel 62 ist in den Auslaßkanal von der Füllpumpe 17 eingebaut. Der Druckabfall an dieser Drossel liegt an dem Kolben 63 gegen die Kraft einer Feder 64 an, die das Ventil schließt. Die Feder 64 erzeugt die gewünschte negative Kon­ stante. Die Füllpumpe 17 wird von der Antriebs­ kraftmaschine angetrieben, so daß der Druck am Punkt J, der dem Antriebsdrehmoment der Axialkol­ benpumpe proportional ist, durch K ₁, N ² -K ₂ gegeben ist, wobei N die Drehzahl ist, K ₂ die negative Konstante und K ₁ sich mit der Einstellung der Leistungssteuerung an der Antriebskraftmaschine ändert, so daß dadurch die Linien des gesteuerten Moments entsprechend den Linien b ₁ und b ₂ in Fig. 5 erzeugt werden.

Claims (6)

1. Drehmomentbegrenzer einer Axialkolbenpumpe, deren Verdrängung mit auf einen Steuerdruck einer Hilfspumpe ansprechende Stelleinrichtung eingestellt wird, wobei ein auf den Steuerdruck ansprechendes Steuerventil vorgesehen ist, um die Stelleinrichtung bei Erreichen eines be­ stimmten Drehmoments auf eine kleinere Ver­ drängung zu verstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylindertrommel (1) der Axialkolbenpumpe mit einem hydrosta­ tischen Lager (14 bzw. 15) versehen ist, das mit dem Pumpenhochdruck verbunden ist und der Lagerdruck der dem Antriebsdrehmoment der Pumpe proportional ist, als Steuerdruck auf die Stelleinrichtung einwirkt.

2. Drehmomenterzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druckempfindliche Einrichtung

• (a) ein Schaltventil (38) mit einem von dem Druck in dem hydrostatisch entlasteten Gleitlager gegen die Kraft einer Feder (44) im öffnenden Sinne beaufschlagten Ventilkörper (42) aufweist sowie
• (b) ein Steuerventil (30)
  • (b₁) welches von dem Schaltventil (38) betätigbar ist und
  • (b₂) durch welches wiederum ein hydrau­ lischer Stellmotor (12) zur Ver­ stellung einer Schrägscheibe (10) steuerbar ist.

3. Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) das Schaltventil (38) einen von dem Druck in dem hydrostatisch entlasteten Gleit­ lager (14) beaufschlagten Kolben (40) aufweist, der sich an einem federbelaste­ ten Ventilschließglied (42) abstützt, und
• (b) die Federbelastung (44) zur Einstellung eines maximalen Drehmoments mechanisch einstellbar ist.

4. Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil

• (a) eine von Hand verdrehbare, mit Durch­ trittsöffnungen versehene Hülse (55) und
• (b) einen in der Hülse (55) geführten, von der Stellvorrichtung (12) verdrehbaren Ventil­ schieber enthält.
• (c) der bei Betätigung des Schaltventils (38) axial verschiebbar ist.

5. Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der von der Antriebs­ maschine angetriebenen Hilfspumpe (17) eine Drossel (62) vorgesehen ist und der Druckabfall der Drossel auf einen federbelasteten Diffe­ renzdruckkolben (63) wirkt, dessen Kolbenstößel in Schließrichtung auf den Ventilkolben (42) des Schaltventils wirkt

6. Drehmomenterzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben ( 12) des Stellmotors mit einer Hilfskolbenanordnung (47 bis 50) zusammenwirkt, dessen große Kolbenseite mit dem Innenraum der Axialkolbenpumpe und dessen kleine Kolbenseite mit dem Schaltventil (38) verbunden ist, derart, daß beim Ansprechen des Schaltventils der Druck (Verbindung des Hilfskolbens zum Schaltventil) in Schließrich­ tung des Ventilkolbens (42) wirkt.